池 明,馬文敏,郭 玲,辛?xí)灾?廖銳全,高 涵,杜軍軍,王修武

(1.中國石油新疆油田公司工程技術(shù)研究院,新疆 克拉瑪依 834000;2.昆明理工大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院,云南 昆明 650500;3.長江大學(xué) 石油工程學(xué)院,湖北 武漢 430000)

0 引 言

隨著油氣田開發(fā)的不斷深入,氣井的產(chǎn)量逐漸降低且伴隨產(chǎn)水[1-2],氣井產(chǎn)水造成井筒積液地層能量消耗快,地層壓力大幅降低,還可能導(dǎo)致氣井停產(chǎn).不同的氣井儲層特征與生產(chǎn)特征均不同,選擇合適的排采工藝措施時難度較大,因此,通常在設(shè)計穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)措施時首先需要對氣井進(jìn)行分類.

目前,現(xiàn)有的氣井分類方法有無阻流量分類法[3]、動態(tài)數(shù)據(jù)分類法[4]、生產(chǎn)狀況分類法[5]以及產(chǎn)水情況分類[6]等.無阻流量分類法反映的是生產(chǎn)初期近井地層壓裂裂縫帶的滲流特征,隨著氣井的生產(chǎn),無阻流量評價結(jié)果可能與真實產(chǎn)能不符[7].動態(tài)數(shù)據(jù)分類法基本上是對某一時間點或兩個時間節(jié)點油井生產(chǎn)進(jìn)行分析,不能反映油井連續(xù)時間段內(nèi)產(chǎn)能的變化過程,且劃分因素單一[8].根據(jù)生產(chǎn)特征進(jìn)行分類可能會受到氣井積液的影響不能真實地反映氣井的生產(chǎn)能力,現(xiàn)有的氣井分類方法不能全面地對氣井進(jìn)行劃分.另外,對于如何定義低產(chǎn)低效井,不同油田根據(jù)不同生產(chǎn)需要,不同學(xué)者根據(jù)不同研究內(nèi)容,提出了很多判別方法.Lin等[9]針對蘇里格氣田致密砂巖氣藏進(jìn)行了靜態(tài)和動態(tài)分類,從砂體連通性、儲層非均質(zhì)性、含氣飽和度和井筒內(nèi)流體聚集四個方面分析了氣井生產(chǎn)動態(tài)與靜態(tài)儲層參數(shù)不一致的原因.Azin、劉意如等[10-11]利用節(jié)點分析法對實際斜井進(jìn)行生產(chǎn)優(yōu)化和動態(tài)評價.陳曉娟等[12]首次采用偏態(tài)分布對不同類型的氣井進(jìn)行分類.針對不同氣井類型,各大氣田均采取各自適合的氣井分類方法[13],如蘇里格氣田[14]綜合氣井特征根據(jù)儲層最大厚度、累計氣層厚度、儲層特征參數(shù)及穩(wěn)定產(chǎn)量將氣井分為3類.長慶氣田[15]采用動態(tài)法考慮低產(chǎn)氣井,將低產(chǎn)氣井定義為“產(chǎn)量低于該井產(chǎn)能的井”.榆林氣田[16]將低產(chǎn)井分為低產(chǎn)連續(xù)型、小產(chǎn)連續(xù)型、小產(chǎn)間歇型三類.不同氣藏儲層條件差異大,不同的氣井分類方法與劃分標(biāo)準(zhǔn)并不能適用于所有區(qū)塊[17].

本文主要針對XJ油田的重點產(chǎn)氣區(qū)塊,結(jié)合儲層物性參數(shù)與生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù),綜合分析影響氣井產(chǎn)能的多種因素,在常規(guī)動靜態(tài)結(jié)合的氣井分類方法的基礎(chǔ)上,利用灰色關(guān)聯(lián)法,明確不同因素對氣井產(chǎn)氣量的影響程度,進(jìn)行針對性的氣井分類,為低產(chǎn)氣井穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)措施的優(yōu)選和設(shè)計提供一定科學(xué)依據(jù).

1 XJ油田氣藏概況

XJ油田共探明氣藏31個,已開發(fā)23個,開發(fā)潛力大,但由于儲層孔隙度與滲透率極低,且受地質(zhì)構(gòu)造的影響,儲層非均質(zhì)性強(qiáng)、物性差異大.XJ油田氣藏的開發(fā)分為7個主力區(qū)塊,其地質(zhì)特征與生產(chǎn)特征如表1所示.不同區(qū)塊地層壓力系數(shù)低,屬于低壓或異常低壓儲層,另外,地層壓力差異大,A區(qū)塊與G區(qū)塊原始地層壓力相差32.5MPa,隨著氣藏不斷地開發(fā),地層壓力下降快,C區(qū)塊地層壓力降幅達(dá)61%,地層能量嚴(yán)重不足.目前XJ油田氣井共計263口,其中開井僅157口,從不同區(qū)塊的生產(chǎn)特征統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出,受產(chǎn)水的影響,氣井普遍積液,平均單井日產(chǎn)氣量低,XJ油田表現(xiàn)出低壓低產(chǎn)的特點.

表1 XJ油田重點區(qū)塊地質(zhì)與生產(chǎn)特征

續(xù)表1

為提高XJ油田氣井的采出程度,需要對氣井開展針對性的穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)工藝措施,但考慮到氣井?dāng)?shù)量多,對單井進(jìn)行逐一分析設(shè)計的難度大,亟需對眾多氣井進(jìn)行分類,對不同類型的氣井設(shè)計不同的生產(chǎn)方案,實現(xiàn)地質(zhì)儲量的最大化利用.

2 動靜結(jié)合的氣井分類(一級初分)

氣井產(chǎn)能分類是制定開發(fā)決策與工藝設(shè)計的依據(jù).目前各大氣田采用動態(tài)、靜態(tài)或者動靜結(jié)合的分類方法.動態(tài)分類是以日產(chǎn)氣量作為分類指標(biāo),利用動態(tài)生產(chǎn)數(shù)據(jù)表征氣井產(chǎn)能并完成氣井分類;靜態(tài)分類是考慮氣井儲層特征參數(shù),以儲能系數(shù)為靜態(tài)指標(biāo)表征氣井的生產(chǎn)潛力完成氣井分類.

2.1 氣井日產(chǎn)氣量的動態(tài)分類

動態(tài)分類是以日產(chǎn)氣量數(shù)據(jù)作為分類指標(biāo),表征氣井目前的產(chǎn)氣能力.統(tǒng)計XJ油田245口低產(chǎn)氣井的生產(chǎn)數(shù)據(jù),對于日產(chǎn)量小于0.5×104m3/d 的氣井,該類井目前處于積液狀態(tài);日產(chǎn)量大于4×104m3/d 的氣井,可持續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn),攜液能量強(qiáng),據(jù)此以產(chǎn)氣量為指標(biāo)將氣井劃分為3類.

按動態(tài)日產(chǎn)氣量評價標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類的結(jié)果如圖1所示,得到日產(chǎn)氣量大于4×104m3/d 的I類井共54口,小于0.5×104m3/d 的III類井共63口,介于(0.5～4)×104m3/d 的氣井劃分為II類井,共128口.

2.2 氣井儲能系數(shù)的靜態(tài)分類

儲能系數(shù)反映了井控儲量的大小,儲能系數(shù)越大表明氣井具有更大的生產(chǎn)潛力,因此成為預(yù)測氣井產(chǎn)能的重要指標(biāo)[18].儲能系數(shù)R與儲層有效厚度h、孔隙度φ以及含氣飽和度Sg相關(guān),通常定義為:

R=h·φ·Sg

(1)

式中:h為儲層有效厚度,m;φ為儲層孔隙度,%;Sg為含氣飽和度,%.

根據(jù)測井所得儲層參數(shù)計算儲能系數(shù)R,對XJ油田氣井開展靜態(tài)分類,將計算結(jié)果劃分為8個儲能系數(shù)范圍,儲能系數(shù)小于0.4的氣井,滲透率<1×10-3μm2,實際生產(chǎn)有效厚度2～12 m,地層壓力均低于 18 MPa,氣井儲層能量較弱;儲能系數(shù)大于2的氣井,滲透率>4.8×10-3μm2,有效厚度>25 m,目前地層壓力范圍為30～40 MPa,可有效提供氣井生產(chǎn)所需能量,據(jù)此將氣井劃分為三類.

靜態(tài)分類結(jié)果如圖2所示,將儲能系數(shù)大于2的氣井劃分為I類井,共36口;介于0.4～2之間的氣井為II類井,共127口;小于0.4的氣井劃分為III類井,共82口.

圖1 氣井日產(chǎn)氣量的動態(tài)分類Fig.1 Dynamic classification of daily gas production of gas wells

圖2 氣井儲能系數(shù)的靜態(tài)分類Fig.2 Static classification of energy storage coefficient of gas wells

2.3 動靜結(jié)合的氣井分類與評價

表2 動靜態(tài)指標(biāo)正交結(jié)果

依據(jù)儲層特征的靜態(tài)與生產(chǎn)特征的動態(tài)分類方法,由于考慮的影響因素較為單一,忽略了影響氣井產(chǎn)能的多因素交互作用.因此,進(jìn)一步綜合靜態(tài)與動態(tài)分類結(jié)果,采用正交矩陣的方法開展氣井綜合評價,結(jié)果如表2所示.

對于儲能系數(shù)大且日產(chǎn)氣量高的井,該類井具有一定的穩(wěn)產(chǎn)能力,利用其自身能量即可實現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn),將其劃分為I類井,共計39口;而儲能系數(shù)小的井表明其儲層含氣富集程度低,即使目前產(chǎn)氣量較高,但通常會出現(xiàn)產(chǎn)氣量驟降的問題,不具備實施增產(chǎn)措施的意義,因此劃分為III類井,共計82口;儲能系數(shù)較大但日產(chǎn)氣量較低的井作為改造增產(chǎn)的重點井,劃分為II類井,共計124口.

圖3 動靜結(jié)合氣井分類結(jié)果Fig.3 Classification results of gas wells combining dynamic and static methods

為了驗證動靜結(jié)合的氣井劃分方法的準(zhǔn)確性,分析了II類重點井的儲能系數(shù)與對應(yīng)的日產(chǎn)氣量數(shù)據(jù),如圖3所示.

從圖3劃分結(jié)果可以看出,氣井儲能系數(shù)較大(R>3)時,氣井日產(chǎn)氣量較高,但井?dāng)?shù)較少,大部分氣井分布在儲能系數(shù)0.4～2.5范圍內(nèi),而日產(chǎn)氣量主要分布在低于1.5×104m3/d 與(2.5～4)×104m3/d 的區(qū)間內(nèi),儲能系數(shù)相近的井日產(chǎn)氣量差異極大,主要由于日產(chǎn)氣量受多種因素影響,包括氣井產(chǎn)水、井底污染、滲透率等,導(dǎo)致動靜結(jié)合的氣井分類方法不夠詳細(xì),難以對劃分相同類型的井實施針對性的穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)措施.

3 基于灰色關(guān)聯(lián)法的氣井分類(二級精分)

針對動靜結(jié)合的氣井分類方法分類指標(biāo)單一、分類結(jié)果差異大的問題,為進(jìn)一步提高氣井劃分的準(zhǔn)確性,在一級初分的基礎(chǔ)上利用氣井靜態(tài)數(shù)據(jù)、試井參數(shù)以及生產(chǎn)數(shù)據(jù),考慮影響氣井產(chǎn)能的多種因素進(jìn)行二級精分.灰色關(guān)聯(lián)法[19]能夠綜合評價多種因素對主因素的影響程度,并分析各影響因素間的數(shù)值關(guān)系,考慮因素多、計算量小,非常適用于進(jìn)行氣井分類.利用灰色關(guān)聯(lián)法計算各影響因素的權(quán)重系數(shù)與決策因子,建立氣井分類標(biāo)準(zhǔn),完成氣井分類.

3.1 灰色關(guān)聯(lián)法原理

利用灰色關(guān)聯(lián)法計算各影響因素間的主次關(guān)系,步驟如下:

1) 影響因素的無量綱處理,一般有初值法與均值法.初值法處理方式適用于有著一種趨勢或規(guī)律性的數(shù)據(jù),由于氣井試井?dāng)?shù)據(jù)均大于0且差異較大,隨著生產(chǎn)的進(jìn)行數(shù)據(jù)波動大,開井初期的數(shù)據(jù)代表性不強(qiáng),因此選擇采用均值法處理[20-21]:

2) 計算灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)ξi:

3) 計算關(guān)聯(lián)度γi:

(4)

4) 歸一化處理,計算權(quán)重系數(shù)αi:

(5)

5) 決策因子計算Z:

(6)

3.2 灰色關(guān)聯(lián)法氣井分類

評價一口氣井,主要看其產(chǎn)能的大小,而影響實際氣井生產(chǎn)能力的因素總體上來自儲層、井筒及地面三個方面,主要參數(shù)有表皮系數(shù)表征地層污染程度,地層污染導(dǎo)致流體流動阻力增大,降低產(chǎn)能[22];地層滲透率與地層壓力表征儲層流體滲流能力與驅(qū)動能量的大小,與產(chǎn)能密切相關(guān);動儲量指地質(zhì)儲量可流動部分,氣井動儲量計算對氣藏的動用程度分析及開發(fā)潛力評價至關(guān)重要;無阻流量指當(dāng)井底流壓為大氣壓時的氣井產(chǎn)量,通常用來評價氣井的生產(chǎn)能力;儲層有效厚度指具有產(chǎn)氣能力的儲層厚度,是氣井儲量評價與產(chǎn)能預(yù)測的關(guān)鍵;氣井產(chǎn)水將降低氣相滲流能力,降低產(chǎn)氣量,因此綜合考慮氣井日產(chǎn)氣與日產(chǎn)水?dāng)?shù)據(jù),以水氣比作為影響氣井產(chǎn)能因素的衡量標(biāo)準(zhǔn).結(jié)合氣井生產(chǎn)實際,確定出以上最具代表性的7個參數(shù),利用灰色關(guān)聯(lián)法處理成一個綜合系數(shù)(決策因子)來作為分類標(biāo)準(zhǔn).

利用動靜結(jié)合篩選出的124口II類重點井?dāng)?shù)據(jù),以日產(chǎn)氣量為評價指標(biāo),計算得到不同影響因素的權(quán)重系數(shù),結(jié)果如表3所示.對日產(chǎn)氣量影響程度最大的為水氣比,其次分別為動儲量、滲透率、無阻流量、表皮系數(shù)、有效厚度、地層壓力.

根據(jù)不同因素權(quán)重系數(shù),評價氣井綜合值,計算決策因子,計算結(jié)果如表4所示(井?dāng)?shù)較多,僅列出15口井).

表3 不同影響因素的權(quán)重系數(shù)

表4 采用灰色關(guān)聯(lián)法氣井分類表

續(xù)表4

圖4 基于灰色關(guān)聯(lián)法的氣井分類結(jié)果Fig.4 Gas well classification results basedon grey relational method

基于灰色關(guān)聯(lián)法的氣井分類結(jié)果如圖4所示.

以氣井實際數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化為一個綜合系數(shù)建立氣井分類標(biāo)準(zhǔn),將決策因子大于0.8的氣井劃分為I類井共29口,該類井水氣比低,動儲量較大,地層條件適于利用氣井自身能量進(jìn)行自然生產(chǎn)即能保持穩(wěn)產(chǎn);介于0.5～0.8之間的氣井分為II類井,其水氣比大,動儲量較高,具有一定開采潛力,但就其目前生產(chǎn)狀況需采取相應(yīng)的穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)措施來提高采收率;決策因子小于0.5的氣井歸為III類井共38口,該類氣井主要表現(xiàn)為產(chǎn)水量高,儲量偏低,地層條件不利于開采,難以維持正常生產(chǎn),建議進(jìn)行衰竭式開采.

4 分類方法應(yīng)用與驗證

氣井的準(zhǔn)確分類是氣井管理及優(yōu)選合理穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)措施的基礎(chǔ),在進(jìn)行氣井分類后,針對氣井的生產(chǎn)特征制定相應(yīng)的管理策略.對預(yù)留的近5年15口氣井利用已形成的方法實施分類,將分類結(jié)果與現(xiàn)場認(rèn)識進(jìn)行對比,以考察分類模型的準(zhǔn)確性.基于灰色關(guān)聯(lián)分析對15口井進(jìn)行評價分類,獲得的歸一化數(shù)據(jù)如表5所示.

表5 預(yù)留氣井分類表

根據(jù)氣井分類情況和各類工藝措施的實施效果評價,對決策因子介于0.5～0.8之間的II類氣井,按照從地面-井筒-儲層的順序原則對氣井進(jìn)行穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)工藝措施的劃分優(yōu)選,構(gòu)建氣井工藝措施優(yōu)選方法,詳細(xì)如圖5所示.

圖5 氣井工藝措施優(yōu)選方法示意圖Fig.5 Optimal diagram of process measures for gas wells

統(tǒng)計15口井的實際生產(chǎn)狀況得到分類結(jié)果,歸屬于II類的氣井由于水氣比高導(dǎo)致氣井間開或關(guān)停,但其動儲量較大,仍具有一定的開發(fā)潛力,XJ油田現(xiàn)場已對其實施了工藝措施,且取得了較好的效果,措施有效率達(dá)86%.

現(xiàn)以其中兩口井為例分析,A-14井(2019年數(shù)據(jù))、D-10井(2020年數(shù)據(jù))利用本文建立的氣井分類方法完成分類后均屬II類井,需要針對性地優(yōu)選設(shè)計穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)措施.

A-14井屬于A區(qū)塊,為火山巖底水氣藏,儲層有效厚度 28 m,原始地層壓力 32.9 MPa.如圖6(a)所示,該井于2012年12月開始投產(chǎn),初期氣井不產(chǎn)水,平均產(chǎn)氣量7.4×104m3/d,產(chǎn)量穩(wěn)定.2017年1月氣井出現(xiàn)大量產(chǎn)水,產(chǎn)水量超過 12 m3/d,產(chǎn)氣量大幅降低,年遞減率達(dá)18%.2020年6月產(chǎn)氣量僅1.41×104m3/d,產(chǎn)水量 10.8 m3/d,隨后停產(chǎn),分析氣井低產(chǎn)原因主要為井筒積液.依據(jù)工藝優(yōu)選流程圖層層遴選后知該井可實施柱塞氣舉有望恢復(fù)生產(chǎn).調(diào)研發(fā)現(xiàn)實際現(xiàn)場于2019年設(shè)計了柱塞氣舉增產(chǎn)措施,2020年8月復(fù)產(chǎn),措施后氣井產(chǎn)水量較大為12.1 m3/d,產(chǎn)氣量大幅提升且穩(wěn)定在(3～4.2)×104m3/d,目前氣井已穩(wěn)產(chǎn)13個月.

D-10井屬于D區(qū)塊,為致密砂巖凝析氣藏,儲層有效厚度 14 m,原始地層壓力 23.6 MPa.如圖6(b)所示,D-10井于2012年12月開始投產(chǎn),初期不產(chǎn)水,但產(chǎn)氣量波動幅度大.2017年6月開始,氣井出現(xiàn)大股出水,產(chǎn)氣量大幅降低,氣井?dāng)y液困難,出現(xiàn)頻繁出水,產(chǎn)氣量波動大.氣井分類同樣為II類井,根據(jù)氣井特征數(shù)據(jù),可優(yōu)先考慮旋流霧化措施,這與現(xiàn)場認(rèn)識一致.調(diào)研發(fā)現(xiàn)采氣廠于2020年10月實施旋流霧化重新投產(chǎn)后,產(chǎn)氣量、產(chǎn)水量均明顯提升,排液效果明顯,日產(chǎn)氣量0.56×104m3/d,至目前已穩(wěn)產(chǎn)12個月.

(a)A-14井 (b)D-10井圖6 氣井生產(chǎn)動態(tài)曲線圖Fig.6 Gas well production dynamics curve chart

經(jīng)過分析對比可以得出,本文建立的氣井分類方法給出的氣井分類結(jié)果合理可靠.工藝優(yōu)選流程也與現(xiàn)場認(rèn)識一致.而且,該方法在給出分類結(jié)果后,還為氣井優(yōu)選穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)措施工藝提供了依據(jù),從而在完成氣井分類工作的同時,進(jìn)一步加深了對氣井生產(chǎn)狀況的認(rèn)識,能夠更加便捷精確地指導(dǎo)現(xiàn)場氣井穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)措施的制定與實施.

5 結(jié)論與建議

1)基于常規(guī)動靜結(jié)合的氣井分類方法分類效果較差,為提高氣井分類的準(zhǔn)確性、設(shè)計合理的穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)工藝,必須全面考慮影響氣井產(chǎn)能的多種因素.

2)影響XJ油田氣井產(chǎn)量的多種因素中,產(chǎn)水量、動儲量以及滲透率三因素對氣井產(chǎn)能的影響程度最大.

3)基于氣井生產(chǎn)資料,結(jié)合動靜結(jié)合法與灰色關(guān)聯(lián)法創(chuàng)建的氣井二級分類方法,在XJ油田不同氣藏分類效果好、適用性高.

4)結(jié)合氣井分類結(jié)果和各類工藝措施效果評價,構(gòu)建了XJ油田氣井穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)工藝措施優(yōu)選方法,指導(dǎo)現(xiàn)場應(yīng)用,現(xiàn)場追蹤反饋增產(chǎn)效果顯著,表明該方法對低產(chǎn)氣井有效生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)意義.